压铸铝合金壳体设计

压铸铝合金壳体设计

尹香帅

中汽创智科技有限公司 江苏省南京市 210000

摘要：轻量化属于当前汽车工业的一个主流研究方向。通过汽车自重的降低减少油耗，利用铝合金等相关轻质材料，并借助制造工艺得以实现。因为低压铸造一方面能获得优质铸件，另一方面还可以复杂的薄壁件，属于当前铸件的重要的生产工艺，而本文将对设计压铸铝合金壳体的相关要点加以简要分析。

关键词：压铸工艺；壳体设计；铝合金；汽车

引言：针对铝合金的汽车壳件而言，不仅重量轻而且硬度较高，能够达到轻量化的效果，当前铝合金压铸件也广泛运用于汽车行业。在实际生产环节，不仅要求先进的压铸材料，还应严格控制相关影响因素，在整个压铸生产环节铸件质量会遭受诸多因素影响。对此，针对压铸铝合金的壳体进行设计研究，阐述壳体的相关压铸规律，旨在提供一定参考。

一、简析压铸铝合金的主要工艺特征

第一，线收缩率偏小，防止在压铸中出现变形与裂纹，从而让制品拥有更高尺寸精度。

第二，热塑性能优良，能够有效填充复杂型腔，获得更理想的铸造表面，防止出现缩孔缺。

第三，能防止在开模时出现严重变形或者是热裂。

第四，凝固温度的区间较小，方便同时凝固并减少缺陷。

第五，物化性能优良，高温熔融的情况下不容易被氧化，可以充分满足整个压铸环节的保温需求。

二、简析压铸铝合金壳体浇注系统的相关设计

（一）铸件结构

铝合金是外壳主要材料（代号是 ），表了为其主要的组成成分：

2. 系统设计

1. 浇口。因为压铸铝合金壳体的形状相对复杂，建议薄度较大的内浇口（两个），依据内浇口实际厚度通常不大于连接铸件壁的厚度 。因此，设计厚度是 ，而且依据壳体形状明确两个内浇口，它们的尺寸是 以及 ，其属于重要的传动压力组成部分，且结构设计同压铸机种类相关，本次试验使用 压铸机，冲头及流道直径分别是 和 。

2. 浇道与排溢系统。为满足实际需求在浇道完成设计之后，应该科学合计溢流槽，尺寸参数如下：长 、宽 及厚 。与此同时，因为铸件自身结构特殊，应该在中间处设计一个溢流槽（椭圆形），长轴是 、短轴是 、厚度为是 ，平面设计图如下图所示。

图
1：平面设计图

三、简析压铸铝合金壳体的仿真与优化

在将浇铸以及排溢系统设计明确后，通过 软件针对浇铸环节进行模拟和分析。

（一）模拟分析

在模拟软件中导入后缀是 的文件，与此同时针对零件开展网格划分，一般将其大小设计为 ，大约有 万个体网格数。针对铸造工艺相关参数中的材料定为 ，而且选择 号钢作为模具材料，设定浇铸温度是 ，设定注射速度是 ，针对模具温度则设定为 。完成参数设计后将模拟过程启动，相关试验人员在填充结果中发现，此过程相对平稳而且没有产生紊流等问题。而在铸件收缩量示意图中，收缩体积较小，可是在下部凸边的位置存在缩孔，所以应通过溢流槽来实现收缩腔的优化。

（二）优化系统设计

针对铸件存在的收缩孔缺陷，应该在铸造原有系统中设计溢流槽（两个），以该方法改进浇注系统，图2是完成优化之后的浇注系统。铸造系统优化后进行再次模拟，完成优化后能够基本消除缺陷，由最初的 降低至 。

图
2：系统优化示意图

4. 正交试验模拟分析

据
此次实验表明，得到的最佳参数方案为： （压射速度）； （浇筑温度）； （模具温度），对此应对平均值进行计算。针对模拟结果的极差以及统计分析结果表明，在相关影响因素中，针对压铸环节造成影响的主要因素为模具温度，而且模具温度也应会影响到注射速度以及浇铸温度。以水平因子 为例，应该考虑将模具温度持续降低，能否有效改善缺陷体积，对此选取 （压射速度）； （浇筑温度）； （模具温度）的参数进行模拟，针对试验选择的节点进行计算缺陷整体体积是 。通过数据对比表明，模具温度持续降低难以削弱缺，从而确定最合处理方案为： （压射速度）； （浇筑温度）； （模具温度）。依据最合适的方案展开模拟填充，在 （压射速度）； （浇筑温度）； （模具温度）的参数条件下，充型过程十分平稳而且冷却期间的程温度场做到合理分布。下图是逐渐的缺陷结果示意图，在工艺条件最佳情况下缩减了铸件的缺陷面积，且集中在白色的直浇道位置。总之，在参数最优组合的情况下，能够显著改善压铸铝合金壳体质量。

图2：缺陷分布示意图

五、简析压铸铝合金的发展趋势

针对压铸铝合金而言，一般情况下将稀土元素加入到合金中，能够达到共晶相出现硅相变质的效果，从而让合金材料拥有更加优良的塑韧性及强度。针对此类合金中的稀土元素存在模式如下：在基体中、晶界以及枝晶界位置，除此之外也可以通过化合物的形式而存在。在将一定量的稀土元素加入之后，稀土元素在固液状态下，容易在固液位置前沿逐渐富集进一步增加相的浓度，在一定程度上出现成分过冷；要是过冷度超过形核要求的冷度情况下，由此便能够将相形核率大幅度提升，降低二次枝晶之间的距离，通过熔体的细化减小增多的团簇，从而将生长晶粒的时间延长，由此实现合金自身流动性的优化。因为其具备相关的优势性能，所以现阶段，汽车行业针对安全性、动力性和轻量化等相关指标提出更高的要求，相关铝合金制品也朝着高强、薄壁、集成化等结构方向不断发展，这样也为铸技术的设计提供主要的源动力。基于该压铸技术的整体发展情况分析，依托不断调整和优化材料成分，科学调控热处理参数及压铸技术，将铝合金材料特性充分发挥出来，依托相关工艺让压铸铝合金材料拥有更良好的综合力学性能。总之，通过压铸工艺生产研制，一方面可以将研制周期缩短，另一方面能够减少生产成本，这样能够为普及及使用压铸铝合金创造良好的发展平台。

结束语：首先，通过模拟仿真有关技术分析壳体结构，依据具体设计准则和实践经验形成该浇注系统，然后模拟浇注系统且优化获得的模拟结果，针对铸件存在的缺陷明确符合壳体设计需求的浇注系统.其次，本次选用的壳体压铸工艺，会受到压射速度、浇铸温度等因素的影响，得到的最佳参数组合是： （压射速度）； （浇筑温度）； （模具温度），同时在此工艺下展开模拟，壳体缺陷体积是 ，该实验证明压铸铝合金壳体质量获得显著提升。

参考文献：

[1]樊振中，袁文全，王端志，董春雨，杨欢，陈军洲.压铸铝合金研究现状与未来发展趋势[J].铸造，2020，69（02）:159-166.

[2]黄正华，张银帅，宋东福，徐春杰，周永欣，李扬德，李卫荣.压铸铝合金的应用及研究进展[J].材料研究与应用，2017，11（01）:1-5+29.

[3]黄晓锋，田载友，朱凯，曹喜娟，谢锐.压铸铝合金及压铸技术的研究进展[J].热加工工艺，2008（17）:137-141.